Родилась в Тбилиси в семье адвоката, члена Коллегии защитников, армянка, беспартийная. Детство провела в Грузии, переехала в Петроград в начале 1920-х. Проживала по адресу: Ленинград, Кировский пр., д. 14, кв. 10. Училась на Высших государственных курсах искусствоведения при Государственном институте истории искусств. Была известна в ленинградской литературной среде, дружила с Тыняновым, Маяковским, Зощенко, Шварцем, Гинзбург, Радловой, Олейниковым. В 1929 вышла замуж за театрального художника Владимира Дмитриева.

В начале 1930-х сотрудничала с популярным детским журналом «Еж. В публицистической книге М. Чудаковой «Жизнеописание Михаила Булгакова», созданной в том числе с использованием свидетельств современников, о Е. И. Долухановой сказано: «Со слов нескольких современниц нам известно, что в середине 30-х годов ее вызвали в НКВД и предложили стать постоянной осведомительницей. Еще с конца 1920-х годов она и ее сестра пользовались большим успехом в ленинградской литературной среде, были обаятельными хозяйками салона. В Елизавету Исаевну был влюблен Тынянов, квартиру сестер посещали Маяковский, Олейников. Теперь ей, уже жене В. В. Дмитриева, предложили активнее принимать гостей... Ища мотива для отказа, она сказала, что у них маленькая квартира. «Пусть это Вас не беспокоит — с квартирой мы поможем!»»

Арестована 4 февраля 1938. Комиссией НКВД и Прокуратуры СССР 13 июня 1938 приговорена по ст. 58-6 УК РСФСР к высшей мере наказания. Расстреляна в Ленинграде 28 июня 1938.

Место захоронения неизвестно. Реабилитирована 18 августа 1989.